地源热泵单独供热（北京某办公楼空气源燃气热泵供热水方案）

1.工程概况

北京某办公楼客房需要提供热水，该客房有100人次需要热水，设有洗澡房20间，健身房1间并带有洗澡间，设有20个卫生间并带有洗手盆，2楼设有食堂，供100位员工用餐洗菜洗碗，热水输送管道已经预埋完毕，管道长约250米，预计热损耗在15-28kW。本方案中客房使用北京自来水水源。

2.气象参数

北京地区，冬季空气调节室外计算温度为-12℃，冬季空气调节室外计算相对湿度为37%，冬季室外平均风速2.80m/s。夏季空气调节室外计算干球温度为33.2℃，夏季空气调节室外计算湿球温度26.40℃，夏季通风室外计算温度30.00℃，夏季通风室外计算相对湿度为64%，夏季室外平均风速1.8~3m/s。

3.设计依据

（1）GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》 ；

（2）GBT 22069-2008 《燃气发动机驱动空调（热泵）机组》 ；

（3）GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》 ；

（4）《实用制冷与空调工程手册》 ；

（5）《空气调节用制冷技术》（第四版）；

（6）《小型制冷装置设计指导》 ；

（7）根据用户所提要求。

4.设计计算

（1）日用热水量计算

根据工程概况，日用水量包括21个洗澡间的用水量T1，20个卫生间洗手盆用水量T2以及餐厅洗涤用水量T3。根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》表5.1.1-1热水用水定额，有

洗澡间用水量：T1=150L/h×2h×21间=6300L（40℃热水），约60℃热水3.8t；

洗手盆用水量：T2=3L/次×15次×20个=900L（30℃热水），约60℃热水0.4t；

餐厅用水量：T3=10L/天×100人=1000L（60℃热水），约60℃热水1t；

故总计日用水量约5.2t，热水温度为60℃。

2）设计小时耗热量确定

对于全日供应热水的客房，其集中热水供应系统的设计小时耗热量应根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》公式5.3.1-1计算：

式中 Qh——设计小时耗热量（kJ/h）；

m——用水计算单位数（人数或床位数）；

qr——热水用户定额（L/人·d或L/床·d）；

c——水的比热，c=4.187（KJ/kg·℃）；

tr——热水温度（tr=60℃）；

t1——冷水温度；

pr——热水密度（1kg/L）；

T——每日使用时间（h）；

Kh——小时变化系数。

根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》表5.1.1-1热水用水定额，查得宾馆客房的热水用水定额为每床位每日的最高日用水定额为120～160L，使用时间为24h。

根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》表5.1.4冷水计算温度（℃），查得北京地下水冷水温度为10℃。

根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》表5.3.1热水小时变化系数Kb值，查得对于宾馆热水用水定额为120～160[L/床·d]，使用床数≤150的情况，小时变化系数Kb为3.33。

带入以上数据有

由上可知，考虑28kW管道热损失，设计小时耗热量为Qh为51kW。

3）设计小时供热量确定

采用空气源燃气热泵热水机组，设计小时供热量应根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》公式5.4.2B-1计算：

式中Qg——空气源热泵设计小时供热量（kJ/h）；

qr ——热水用水定额（L/床·d）（根据要求取下限值qr=120L/床·d）；

m——用水计算单位数（人数或床位数）（取m=20床位）；

tr ——热水温度，（ tr =60℃）；

tl——冷水温度（tr=10℃）；

T——热泵机组设计工作时间（h/d），取值范围12h～20h，取T=15h；

k1——安全系数，k1=1.05～1.10（取k1=1.05）。

代入以上数据得

4）生活热水贮热水箱计算

根据GB 50015-2003(2009年版) 《建筑给水排水设计规范》要求，空气源燃气热泵热水供应系统应设置贮热水箱，其计算公式如下：

式中 Qh——设计小时耗热量（kJ/h）；

Qg ——设计小时供热量（kJ/h）；

tr ——热水温度，（tr=60℃）；

tl——冷水温度（tr=10℃）；

C——水的比热，C=4.187KJ/kg·℃)

Pr——热水密度（1kg/L）；

Vr ——贮热水箱（罐）总容积（L）；

T——设计小时耗热量持续时间（h）；（取T=4h）

η——有效贮热容积系数，贮热水箱、卧式贮热水罐η=0.80～0.85，立式贮热水罐η=0.85～0.90；（选贮热水箱，取η=0.80）

k2——安全系数，k2=1.10～1.20。（取k2=1.20）

代入以上数据得生活热水贮热水箱总容积为:

故采用1.5t贮热水箱即可。

（3）计算结果及燃气热泵机组选型

综上所述，该工程有21洗澡房（20个洗澡房和健身房带一个洗澡间），以及一个员工餐厅，每天总共需要供60℃的热水5.2t，同时需要1.5t贮热水箱，机组运行15h（运行时间可调整），故需机组功率为23kW，考虑到28kW的管道热损失，选GEHP-KXLY-75型空气源燃气机热泵1台即可满足需求。

GEHP-KXLY-75外形尺寸

_	单位	尺寸
机组长	mm	2300
机组宽	mm	1400
机组高	mm	2660

5.用气量计算

每天将5.2t的自来水从10℃加热到60℃，所需要的热量由下式计算

式中Q——所需的热量（kJ）；

Cp——水的定压比热容，4.187kJ/(kg/℃)；

m——水的质量（kg），根据要求可知m=5200kg；

△t——水的温差（℃），根据要求可知△t=60－10=50℃

代入数据可得Q=1.1×106kJ。

燃气发动机一次能源利用率PER为1.7。故全年供热水需要燃气量为1.1×106×365÷1.7÷36000=6560m3，年运行燃气费用18370元。

若采用燃气锅炉，锅炉热效率为η=0.90，故全年供宾馆热水需要燃气量为1.1×106×365÷0.9÷36000=12390m3，年运行燃气费用34700元。

两者对比如下表所示：

类型	燃气锅炉	燃气机热泵
能源利用率	0.9	1.7
年用气量	12390m3	6560m3
燃气价格	2.8元/m3	2.8元/m3
年运行燃气费用	34700元	18370元

6.燃气热泵热水机组工程示例图

燃气热泵热水机组工程示例图

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